CN109687425A - 一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，通过对配电网的运行控制设计了两级控制体系，分别是在节点上配置分布式的智能控制保护单元从而形成智能多代理的下级控制系统，以及由配置在调度中心的能量管理系统进行优化和控制决策的上级控制系统。当配电网在故障隔离后，选择先分解后聚合的恢复模式。首先对失电节点进行逻辑判断，断开联络开关，形成孤岛运行模式。然后对孤岛运行节点进行供电恢复，依靠各CPIA的信息交换和协同机制，对失电节点寻求其他正常运行的联络点接入，实现孤岛运行的各个孤立节点的聚合，最终实现供电通道的自愈恢复。

Description

一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法

技术领域

本发明属于配电网自动化领域，尤其涉及一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法。

背景技术

在化石能源短缺、环境破坏日趋严峻的今天，可持续发展理念已经成为全球共识。能源可持续是经济可持续发展的基础。无论欧美发达国家还是中国等发展中大国均已将推动风力发电、太阳能发电、储能技术以及用户侧的能源综合利用与效率提升作为21世纪可持续发展的基本能源政策。中低压配电网中开放对各类分布式电源(DistributedGenerator-DG)的接入已经势在必行。然而，当大量DG接入配电网之后，根据现行配电网单端电源开环运行方式而设计，以FTP、TTP等监测终端和控制中心的集中决策式馈线自动化为主体的配电自动化实现模式已不再适应大量DG接入后配电网的自动化需求，急需开展集成了设备保护、自愈控制和分布式微网管理功能的新一代配电网自愈机制及其实现模式的研究。

智能配电网是智能电网的重要组成部分，自愈功能是其主要特征，而配电网故障恢复是自愈功能的重要环节。我们认为，具有自愈能力的配电网应该是，具有故障情况下维持系统连续运行的能力，同时不造成系统的运行损失，并通过自治修复功能从故障中恢复。自愈的配电网可以做到在正常情况下监控，实现运行状态优化；在故障情况下可以快速进行故障定位，切除故障，同时实现自动负荷转供；在外部停运情况下，可以实现与外部电网解列，孤岛运行。发展自愈控制技术是解决我国配电网长期存在的设备利用率低、供电可靠性低、线损率高等问题的核心技术。

传统上采用的配电网供电恢复策略大多采取集中式的恢复模式，其恢复的条件是依靠一个决策中心，利用全局信息进行决策，对信息完备性要求较高，且处理速度较慢，应对节点数量众多且网络结构不断变化的现代配电网，集中式的决策处理不再适用于现有的配电网。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，来实现包含有分布式电源的配电网故障恢复过程。

本发明采用的多代理技术采用“分而治之”的思想将规模庞大且复杂的问题划分成许多小的子任务分配给各个Agent，通过各Agent之间的相互协作来解决问题，对于该配电网故障自愈的复杂问题，将其分解成多个层次，将其处理设计成代理中的多个模块，利用多代理分散自治的优点，各个代理之间互相传递信息，协作解决问题，实现自愈的目标。其恢复过程中智能化程度高，判断迅速、准确，该自愈机制不会受到网络实际拓扑结构的变化而发生改变，适用于任何不同网架下的配网自愈。也为包含有分布式电源的配电网的调度和运行管理提供了保证。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，其采用上级控制系统和下级控制系统实现的智能多代理系统(Intelligent Multi-agent System，IMAS)，其中下级控制系统是在每一个馈线组的节点上配置分布式的智能控制保护单元(Control and ProtectionIntelligent Agent，CPIA)，通过对CPIA独立设置自愈控制策略，解决快速局域决策问题，使得IMAS并不需要管理和优化外部馈线的运行状态；

所述上级控制系统即上层监控系统，由配置在调度中心的能量管理系统进行优化和控制决策；其与调度中心控制下的各个馈线组上的CPIA相互传递信息；

所述控制方法采用先分解再聚合的策略，包括微网分解和孤岛聚合；

所述微网分解包括：配电网中每个节点在收到故障隔离的信号之后，每个节点上的CPIA检测本节点的运行状态，如果检测到本节点内部的电压和频率处于异常状态，且该状态持续时间超过预设时间，自动断开与其他节点的联络，微网分解后进入孤岛运行状态；

所述孤岛聚合包括：当IMAS中每一个CPIA检测到本节点进入孤岛运行状态后，启动孤岛聚合模式：依靠IMAS中各CPIA的信息交换和协同机制，判断本节点是否能够找到其他正常运行的联络点接入，实现孤岛运行的各个孤立节点的聚合，最终实现供电通道的自愈恢复。

进一步地，所述智能多代理系统为上下两层控制构架，分别是在节点上配置分布式的智能控制保护单元(Control and Protection Intelligent Agent，CPIA)的下级控制系统，以及由配置在调度中心的上级控制系统；多代理系统为面向复杂互联系统而实现分布式控制提供了一种有效的框架和实现机制，其最突出的优点表现为自治性、灵活性。系统中各个代理能基于对外部环境的信息采集和内建知识库，并通过代理之间的信息交换，自行作出响应和行为的规划。

进一步地，所述分布式的智能控制保护单元CPIA配置在主干线路关键节点上，通过相互间的通信构成多代理系统的下层构架；一方面各CPIA能够完成节点运行状态信息的及时采集和上传，另一方面均可自主完成内、外部状态感知和判断，并在需要时进行决策和控制；并且允许在控制响应之后再将结果发送到上层监控系统平台；每个CPIA从其自身的视角做出判断，所述自身的视角包括对所在节点进出线和设备的运行进行观测，以及与邻近节点CPIA的信息交换。

进一步地，所述对CPIA独立设置自愈控制策略，该策略是指：各个CPIA检测到自身管控区域处于非故障失电馈线部分时，可断开与相邻区域的分段开关，完成微网分解过程；再通过与相邻CPIA的信息交换，寻找能联络到正常运行节点的通道，实现各个孤立节点的聚合，完成自愈恢复过程。

进一步地，所述上级控制系统即上层监控系统，由配置在调度中心的能量管理系统进行优化和控制决策，具体是指：其与各个馈线节点上的CPIA相互传递信息；对涉及到多回馈线，需要全局优化决策的问题，采用集中式的决策机制。

进一步地，所述全局优化决策包括配电网潮流优化，或者以降低损耗、调整负荷为目标的运行方式优化。

针对上述配电网中出现不同特点的决策问题，对于需要快速响应，时间尺度短，不依赖全局信息的决策，适用分散型下层控制层；对于涉及全局优化，调整范围较宽，允许决策时间较长的决策，适用传统集中式上层控制层。

与现有技术比较，本发明的优点和有益效果是：

1.对于含分布式电源的配电网的自愈恢复过程，本方法采用了基于多代理技术的配电网系统二层结构框架，其恢复过程中智能化程度高，判断迅速、准确。

2.该自愈机制依靠IMAS中各CPIA的信息交换和应答机制，实现孤岛运行的各个微电网的自主扩张和聚合，最终实现供电通道的自愈恢复。

3.自愈逻辑不会受到网络实际拓扑结构的变化而发生改变，适用于任何不同网架下的配网自愈，灵活性强，不依赖调度中心命令，实现独立自治型决策自愈，也为包含有分布式电源的配电网的调度和运行管理提供了保证。

附图说明

图1是实施例中配电网运行监控系统二层结构框架示意图。

图2是实例中基于分解-聚合的配电网孤岛运行控制的自愈恢复的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。

本实例的一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，其采用上级控制系统和下级控制系统实现的智能多代理系统(Intelligent Multi-agent System，IMAS)，其中下级控制系统是在每一个馈线组的节点上配置分布式的智能控制保护单元(Control andProtection Intelligent Agent，CPIA)，通过对CPIA独立设置自愈控制策略，解决快速局域决策问题，使得IMAS并不需要管理和优化外部馈线的运行状态；所述上级控制系统即上层监控系统，由配置在调度中心的能量管理系统进行优化和控制决策；其与调度中心控制下的各个馈线组上的CPIA相互传递信息；所述控制方法采用先分解再聚合的策略，包括微网分解和孤岛聚合；所述微网分解包括：配电网中每个节点在收到故障隔离的信号之后，每个节点上的CPIA检测本节点的运行状态，如果检测到本节点内部的电压和频率处于异常状态，且该状态持续时间超过预设时间，自动断开与其他节点的联络，微网分解后进入孤岛运行状态；所述孤岛聚合包括：当IMAS中每一个CPIA检测到本节点进入孤岛运行状态后，启动孤岛聚合模式：依靠IMAS中各CPIA的信息交换和协同机制，判断本节点是否能够找到其他正常运行的联络点接入，实现孤岛运行的各个孤立节点的聚合，最终实现供电通道的自愈恢复。

作为一种实施例，本实例对配电网的运行控制设计了两级控制体系，如图1所示。

(1)其中下级控制系统是在每一个馈线的节点上配置分布式的智能控制保护单元(Control and Protection Intelligent Agent，CPIA)，通过对CPIA独立设置个体的控制目标，解决快速局域决策问题，使得IMAS并不需要管理和优化外部馈线的运行状态。

(2)上级控制系统由配置在调度中心的能量管理系统进行优化和控制决策，称为“上层监控系统”，其与调度中心控制下的各个馈线组上的CPIA相互传递信息。对涉及到多回馈线，需要全局优化决策的问题，如配电网潮流优化，或者以降低损耗、调整负荷为目标的运行方式优化等，采用集中式的决策机制。

本实例提出先分解后聚合的恢复模式实现配电网中的自愈恢复功能。基于分解-聚合的配电网孤岛运行控制策略分成两步：“微网分解”和“孤岛聚合”，具体说明如下：

1.微网分解

在收到故障隔离的信号之后，每个节点上的CPIA检测本节点的运行状态，如果检测到本节点i内部的电压和频率处于异常状态，且该状态持续时间超过预设时间如0.5秒，自动断开与其他节点的联络，微网分解后进入孤岛运行状态。

2.孤岛聚合

当IMAS中每一个CPIA检测到本节点进入孤岛运行状态后，启动孤岛聚合模式。依靠IMAS中各CPIA的信息交换和协同机制，判断本节点是否能够找到其他正常运行的联络点接入，实现孤岛运行的各个孤立节点的聚合，最终实现供电通道的自愈恢复。

上述自愈恢复的流程图如图2所示。

具体的，上述描述的微网分解逻辑为：

1.在CPIA内建立节点分解模块。该分解模块在电压异常的情况下被触发，接受电压异常状态信号和母线频率信号。

2.当节点i处于电压异常状态超过T1秒，或者频率偏移额定频率超过0.05HZ，持续T2秒时，则跳开外部支路所有开关，并将自身处于孤岛运行的状态发送给CPIA内的其他模块。

具体的，上述描述的孤岛聚合逻辑为：

1.对于每一个形成孤岛运行的节点i，都需要找到其他正常运行的联络点接入。所谓正常运行是指节点保持着与高压电网的连接通道，有充足的容量裕度。

2.首先，处于孤岛运行状态的失电节点向相邻但电气不连通的节点j发送转供申请信号和本地负荷信息。如果存在多条可行联络通道时，失电节点向每一端都发送申请信号，等待其他节点回复。

3.每个节点的CPIA与相连的节点CPIA交换变电站的容量功率和馈线首端的负载率信息，当接收到多端节点CPIA发送的变电站负荷功率以及馈线首端负载率信息时，取负载率较重的一组信息保留，向相邻且节点电气连通的CPIA发送这组信息。

4.收到转供信号的节点j根据失电节点的本地负荷信息和保留的负载率信息计算容量裕度指标，如果允许接入，则向失电节点i发送许可信号和容量裕度指标。如果电源容量或者馈线负载率越限，则向失电节点i发送拒绝信号。其中，容量裕度指标Y的计算公式如下所示：

Y＝r₁×S_avi+r₂×I_avi

在上式中，S_max是本侧电源最大容量，预存于CPIA数据库中；Imax是馈线最大安全载流量，预存于CPIA数据库中；r1和r2是影响因子，本文均取1。I是馈线首端电流值，Ps和Qs为变电站负载信息，P_tr和Q_tr为本节点故障前负荷需求的有功功率和无功功率。

5.若失电节点i根据收到的多个许可信号，选择满足自愈条件且容量裕度值最大的节点实现转供联络。若失电节点接受到拒绝信号，则维持本节点孤岛状态不变。

6.CPIA确认无闭锁信号后，若失电节点内部有DG，则对转供节点检同期后进行合闸操作，完成本节点的自愈恢复任务。

7.CPIA确认自身节点恢复供电后，对自身发送闭锁信号。

Claims (6)

1.一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，其特征在于采用上级控制系统和下级控制系统实现的智能多代理系统(Intelligent Multi-agent System，IMAS)，其中下级控制系统是在每一个馈线组的节点上配置分布式的智能控制保护单元(Control andProtection Intelligent Agent，CPIA)，通过对CPIA独立设置自愈控制策略，解决快速局域决策问题，使得IMAS并不需要管理和优化外部馈线的运行状态；

所述上级控制系统即上层监控系统，由配置在调度中心的能量管理系统进行优化和控制决策；其与调度中心控制下的各个馈线组上的CPIA相互传递信息；

所述控制方法采用先分解再聚合的策略，包括微网分解和孤岛聚合；

所述微网分解包括：配电网中每个节点在收到故障隔离的信号之后，每个节点上的CPIA检测本节点的运行状态，如果检测到本节点内部的电压和频率处于异常状态，且该状态持续时间超过预设时间，自动断开与其他节点的联络，微网分解后进入孤岛运行状态；

所述孤岛聚合包括：当IMAS中每一个CPIA检测到本节点进入孤岛运行状态后，启动孤岛聚合模式：依靠IMAS中各CPIA的信息交换和协同机制，判断本节点是否能够找到其他正常运行的联络点接入，实现孤岛运行的各个孤立节点的聚合，最终实现供电通道的自愈恢复。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，其特征在于所述智能多代理系统为上下两层控制构架，分别是在节点上配置分布式的智能控制保护单元(Control and Protection Intelligent Agent，CPIA)的下级控制系统，以及由配置在调度中心的上级控制系统；系统中各个代理能基于对外部环境的信息采集和内建知识库，并通过代理之间的信息交换，自行作出响应和行为的规划。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，其特征在于所述分布式的智能控制保护单元CPIA配置在主干线路关键节点上，通过相互间的通信构成多代理系统的下层构架；一方面各CPIA能够完成节点运行状态信息的及时采集和上传，另一方面均可自主完成内、外部状态感知和判断，并在需要时进行决策和控制；并且允许在控制响应之后再将结果发送到上层监控系统平台；每个CPIA从其自身的视角做出判断，所述自身的视角包括对所在节点进出线和设备的运行进行观测，以及与邻近节点CPIA的信息交换。

4.根据权利要求1所述的一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，其特征在于所述对CPIA独立设置自愈控制策略，该策略是指：各个CPIA检测到自身管控区域处于非故障失电馈线部分时，可断开与相邻区域的分段开关，完成微网分解过程；再通过与相邻CPIA的信息交换，寻找能联络到正常运行节点的通道，实现各个孤立节点的聚合，完成自愈恢复过程。

5.根据权利要求1所述的一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，其特征在于所述上级控制系统即上层监控系统，由配置在调度中心的能量管理系统进行优化和控制决策，具体是指：其与各个馈线节点上的CPIA相互传递信息；对涉及到多回馈线，需要全局优化决策的问题，采用集中式的决策机制。

6.根据权利要求5所述的一种基于智能多代理的配电网自愈控制方法，其特征在于所述全局优化决策包括配电网潮流优化，或者以降低损耗、调整负荷为目标的运行方式优化。